JP2005520971A - 流体フィルタ用バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、流体フィルタ装置用のプランジャを有するバルブ装置に係わる。
【解決手段】画成された開口（４５）を持つプランジャ（３８）を有するバルブ装置において、そのプランジャは、密閉部（４８）と非密閉部（５０）とを含む。非密閉部（５０）はプランジャ（３８）を通る中央通路（９４）につながる開口（４５）を備え、その開口（４５）と中央通路（９６）は流体の流れがプランジャ（３８）を通るように協働する。

Description

本発明は、流体をろ過するためのフィルタに関し、内燃エンジン等の動力装置における流体をろ過するためのフィルタに関し、より具体的には、フィルタの導入口、排出口、又は逃がし流路とともに使用されるバルブに関する。

オイルフィルタ装置等のある種の流体フィルタ装置は、内燃エンジンに固定されたハウジングに収容された交換可能なフィルタエレメントを含む。通常、ハウジングの底部はエンジンブロックに固定されているか、またはエンジンブロックと一体になっている。そのハウジングの上部またはフィルタキャップは、フィルタエレメントの稼動寿命が終了した時に、そのフィルタエレメントの交換ができるように、ハウジングの底部から着脱可能である。

１つ以上のバルブを、オイルフィルタを通る流体の流れ又は進行を制御するのに使用することができる。そのようなバルブは、通常、流路内に配置されたプランジャと流路内のバルブシートに向かってプランジャを付勢するためのバネとを含む。

本発明の１つの態様によれば、流体フィルタ装置は、内部の室を有するハウジングと、前記室に配置された流体フィルタと、前記室と流体連通する流路と、前記室と前記流路との間に配置された流体用のバルブを備えている。このバルブは、バルブシートと、前記バルブシートと係合する位置に移動可能なプランジャとを含む。このプランジャは導入開口と排出開口とその中を通る接続用の中央通路とを有する。前記プランジャが前記バルブシートから離れている時、前記導入開口と前記中央通路を通って前記排出開口から出る流体の進行を許可するように前記プランジャが構成されている。

プランジャを有するバルブを通って流体を進行させる方法も開示される。この方法は、前記プランジャをバルブシートから離すように前記プランジャを移動させるステップと、前記プランジャと前記バルブシートとの間に形成された空間を通って流体を進行させるステップと、前記プランジャに形成された開口を通って流体を進行させるステップと、前記プランジャ内の中央通路を通り、そこから出るよう流体を進行させるステップとを備える。

本発明の上記及び他の特徴は、以下の説明と添付の図面から明らかとなるであろう。

流体フィルタ装置は、画成された開口を持つプランジャを有するバルブ装置を含む。そのプランジャは、密閉部と非密閉部を含む。密閉部は、バルブシートと係合し密閉する。一方、非密閉部はプランジャを通る中央通路につながる開口を備え、その開口と中央通路は流体の流れがプランジャと、付随するバネとを通るように協働する。

図１に、このような流体フィルタ装置の例示的な実施形態が示されている。この例示的な実施形態では、流体フィルタ装置はオイルフィルタ装置１０として具現化されている。オイルフィルタ装置１０は、ハウジング１２と、オイルフィルタエレメント１４と、フィルタキャップ１６とを含む。いくつかのラグボルト（不図示）を使用して、オイルフィルタ装置１０が開口１８を通してエンジンブロック（不図示）に固定されている。

本明細書の例証的な実施形態では、フィルタキャップ１６はハウジング１２と合わさって、その中にフィルタ室２０を画成する。フィルタキャップ１６とハウジング１２を合わせる前に、図１に示すように、フィルタエレメント１４は中央管２２を覆うように挿入され、中央管２２は密閉される。

エンジンの動作中、オイルが導入口２４を通してフィルタ室２０に導入され、フィルタエレメント１４を通って中央管２２に向かって進行し、オイルから汚染物質及び不純物が取り除かれる。その後、オイルは、中央管２２の複数の開口２５と排出口２３を通って進行する。また、中央管２２とフィルタエレメント１４が一体となったフィルタを提供することも、本開示の範囲に含まれる。

図２に示した実施形態から分かるように、導入口バルブ装置２６は導入口２４につながる導入口室２８に配置されている。中央管２２からエンジンブロックに向かってつづく排出口室３０は、本実施形態ではバルブ装置を含まない。逃がしバルブ装置３２は本実施形態の逃がしバルブ室３４に配置されている。導入口バルブ装置２６と逃がしバルブ装置３２のそれぞれは、本明細書の記載に従って作られている。しかし、導入口室２８、排出口室３０及び逃がし室３４において１つのバルブ装置だけ、又は以下で説明するバルブの任意の組合せを使用することは、本開示の範囲内である。

例としてのオイルフィルタ装置１０は、ほぼ次のように機能する。オイルは導入口室２８を通ってオイルフィルタ装置１０に流入する。本実施形態では、図２、図３に示すように、導入口バルブ装置２６は閉じる位置の方に付勢され（バネが働く）、オイルの流体圧によって図４に示す開く位置へ移動する。ハウジング１２に入った後、オイルはフィルタ室２０を満たし、オイルフィルタエレメント１４を通って中央管２２に向かって進行する。

オイルから汚染物質及び他の不純物をフィルタエレメント１４が取り除くことによって、フィルタエレメント１４のオイルに対する不浸透性が増加する。結果として、フィルタ室２０内で流体圧が増加する。逃がしバルブ装置３２は、このような流体圧の増加を受け入れるために設けられている。フィルタエレメント１４の不浸透性が増加するにつれて、フィルタ室２０内の流体圧が逃がしバルブ装置３２の付勢に勝るようになり、これにより逃がしプランジャ３６が開位置に移動し（図４に示すように）、オイルが逃がしバルブ室３４を通過するのを許可し、効果的にフィルタエレメント１４を迂回させる。

図５、図６に示すように、本開示のバルブ装置は、例として頭部４０と中空の円筒形状胴体部４２とを有するプランジャ３８を含む。頭部４０と胴体部４２とは例として一体に形成されている。しかし、頭部と胴体部を結合してプランジャ３８を形成することは、本開示の範囲内である。以下の説明のために、頭部４０は半径方向に沿って外側へ周縁４１まで延設されており、それに胴体部４２が接続されているものとする。

プランジャ３８は、導入口室２８と逃がしバルブ室３４にそれぞれ中心軸４３’、４３”に沿って可動となるように配置されている（図３、図４を参照）。室２８、３４に配置された時、プランジャ３８はそれぞれバルブシート５２、６２と接触したり非接触となったりするよう移動するように構成されている。図５、図６に示すように、頭部４０は、仮想線４９に沿ってバルブシート５２、６２と接触する。前述したように、頭部は、仮想線４９によって概念上、分離される密閉部４８と非密閉部５０とを含む。例として、仮想線４９は図５に示すように中心軸４３が通る点５１を中心とする円を形成する。

プランジャ３８は、図５に示すように胴体部４２と頭部４０の非密閉部５０に亘る開口４４、４５、４６、４７を含む。図６の上面図に示すように、開口４４、４５、４６、４７のそれぞれの一部が、非密閉部５０を通して露出している。実施形態では４つの開口４４、４５、４６、４７が例示されているが、本実施形態では任意の数の開口が可能であり、同様に扱われる。

図５、図６に示すように、プランジャ３８は、開口４４、４５、４６、４７を分離する肩部６６、６８、７０、７２を例として含む。図５に示すように、例としての開口４４、４５、４６、４７は、それぞれが底壁７４、側壁７６、７８、及び上部壁８０によって画成されるようにプランジャ３８に形成されている。テーパー面８２によって底壁７４、側壁７６、７８、及び上部壁８０は縁取られている。これにより、開口４４、４５、４６、４７を囲むエッジの周りの流体の流れを促進する。

肩部６６、６８、７０、７２は軸４３からほぼ半径方向に広がり、傾斜した上面８４（頭部４０の非密閉部５０も構成する）と、丸角８６と、胴体壁８８とを含む。胴体壁８８は、プランジャ頭部４０が配置される室に対してスライドするように、開口４４、４５、４６、４７の周りでそれぞれの間に円筒形状に形成される。プランジャ３８には円筒形状胴体部４２の第１端９６から第２端９８に延伸する中央通路９４が形成されている。

プランジャ３８は、図３〜図５に示すように、胴体部４２の第２端９８に形成されたへり部９０と係合する巻線バネ５８又は６４等の付勢部品を収容するよう構成されている。バネ５８は円筒形状胴体部４２のへり部９０に対して軸方向に付勢するように構成されている。周縁９２もまたほぼ円筒形状であり、胴体部４２とバネ５８が係合するように胴体部４２の第２端９８から軸方向に延びている。また、バネ５８は中心軸と中央通路を画成する。

上述したプランジャ３８は、図３、図４において、導入口室と排出口室の両方に配置されている。図４に示すように逃がしプランジャ３６が逃がしバルブシート５２から離されるまで、密閉部４８”が逃がしバルブ室３４をオイルが通過するのを妨げるように、図３に示すように逃がしプランジャ３６は逃がしバルブシート５２と接触している。

フィルタ室２０内の増加したオイル圧によって逃がしバルブ装置３２が図４に示す開位置に移動すると、フィルタ室２０からのオイルが、矢印５６で示された方向に流れる。オイルは、先ず軸方向に（軸４３”に沿って）逃がし口５４を通り、次に逃がしバルブシート５２と逃がしプランジャ３６との間を半径方向に沿って外側に向かって流れる。逃がしプランジャ３６の密閉部４８”を過ぎた後、オイルは、開口４４、４５、４６、４７を軸方向に、次に逃がしバルブ装置３２の中空円筒形状胴体部４２”の中央通路９４”を半径方向内側かつ軸方向に流れる。中央通路９４”は円筒形状胴体部４２”の第１端９６”から第２端９８”に延設されている。バネ５８内の中央通路１００”を通って軸方向にオイルの流れは続く。

逃がしバルブ装置３２は、フィルタ室２０から流れ出るオイルの圧力がバネ５８の付勢力を上回っている間は、図４に示す開位置に留まる。しかし、本開示は、本技術分野で既知のいかなる付勢要素を代用することも含んでおり、逃がしバルブ装置３２に使用されているバネ５８に限定されない。

導入口バルブ装置２６及びフィルタ装置とともに使用されるいかなる他のバルブ装置も、逃がしバルブ装置３２について上記の記載に従って同様に製作される。図３、図４に例示されているように、導入口バルブ装置２６は、導入口プランジャ６０と、導入口バルブシート６２と、バネ６４とを含む。なお、導入口バルブシート６２は導入口室２８によって形成されており、逃がしバルブシート５２の場合のようには、別れてはいない。それでもなお、導入口バルブシート６２は、逃がしバルブシート５２と同様に機能する。図３においては、図４に示すように導入口プランジャ６０が導入口バルブシート６２から離されるまで、密閉部４８’がオイルの導入口バルブ室２８通過を妨げるように、導入口プランジャ６０は導入口バルブシート６２と接触している。

オイルの差圧によって導入口バルブ装置２６が図４に示す開位置に移動すると、オイルが導入口室２８を通ってフィルタ室２０に向かって流れる。オイルは、先ず軸方向に（軸４３’に沿って）導入口バルブシート６２を過ぎ、次に導入口バルブシート６２と導入口プランジャ６０との間を半径方向に沿って外側に向かって流れる。導入口プランジャ６０の密閉部４８’を過ぎた後、オイルは、開口４４、４５、４６、４７を軸方向に、次に導入口バルブ装置２６の中空円筒形状胴体部４２’の中央通路９４’を半径方向内側かつ軸方向に流れる。中央通路９４’は円筒形状胴体部４２’の第１端９６’から第２端９８’に延設されている。オイルは、バネ６４内の中央通路１００’を通って軸方向に流れ続ける。

導入口バルブ装置２６は、導入口室２８を通って流れるオイルの圧力がバネ６４の付勢力を上回っている間は、図４に示す開位置に留まる。

本明細書で説明したように、バルブ装置はいくつかの望ましい特徴を有している。例えば、プランジャの非密閉部に開口を設けることで、プランジャの密閉部の周りの非層状流体流は大幅に削減される。このような開口は、流れをプランジャの外周に沿うようにするのではなくプランジャを通ってほぼ軸方向に流体が進行するのを可能にする。このようにして、流体はバルブ装置とそのバルブ室を通ってほぼ軸方向に流れる。

また、流体流は（例えば図４に示すように）、プランジャバネの近接する巻線間を通る必要がないので、相対的に妨げられることなく流れる。特に、流体流はプランジャバネの巻線間を通らないので、バルブ装置が開位置にある時に、バネが完全に圧縮されるのを妨げる程の材質強度（例えば、特定のバネ定数範囲）を持った材料でプランジャバネを製作する必要がない。具体的には、もし流体がプランジャバネの近接する巻線間を流れる必要があると、バネが完全に圧縮されている状態は流体の流れを妨げる。しかし、上記で説明したバルブ装置の構成においては、プランジャバネの圧縮の度合いによってオイル流れは影響されないのでこれを回避できる。このように、プランジャバネの製作パラメータは相対的に自由に選択でき、プランジャバネの製造コストは低くなる。

本開示はさまざまな変形及び代替形態が可能であるが、本明細書では具体的で例示的な実施形態を、図面例を用いて示し、詳細に説明を行った。しかし、本発明の開示を特定の形態に限定する意図ではないこと、すなわち、添付の請求項により定義される本発明の開示の精神及び範囲に入る全ての変更物、等価物、及び代替物も本発明に含まれることは、理解されるべきである。

本明細書に記述したフィルタ装置及び関連する方法の各種の特徴から生じる複数の利点を本発明は有する。なお、本開示のフィルタ装置及び関連する方法の別の実施形態は、上述した特徴の全ては含まない場合でも、それら特徴の少なくともいくつかの利点を有する。当業者であれば、本発明の特徴の１つ以上を含み、添付の請求項により定義される本発明の精神及び範囲に含まれる、フィルタ装置及び関連する方法の彼ら自身の実施形態を容易に思いつくことができる。

流体フィルタ装置の一部を切り取った斜視図である。 図１の線２−２に沿って切断し、矢印の方向に見たフィルタ装置の断面図であり、導入口流路に配置されたバルブと逃がし流路に配置された第２のバルブとを示す。 図２に同様の拡大した部分断面図であり、バルブはそれぞれの閉位置にあるとして示されている。 図３に同様の断面図であり、それぞれの開位置にあるバルブを示している。 図２〜図４のバルブのバルブプランジャの実施形態の斜視図であり、円筒形状胴体壁に形成された複数の開口とプランジャの上部を示す。 図５のプランジャの上面図であり、円筒形状胴体壁及びプランジャの上部に亘って延設された前記開口の上面も示している。

符号の説明

１０ オイルフィルタ装置 １２ ハウジング
１４ フィルタエレメント １６ フィルタキャップ
２０ フィルタ室 ２６ 導入口バルブ装置
２８ 導入口室／流路 ３２ 逃がしバルブ装置
３４ 逃がしバルブ室／流路 ３８ プランジャ
４０ 頭部 ４２ 胴体部
４４、４５、４６、４７ 開口
４８ 密閉部 ５０ 非密閉部
５２、６２ バルブシート ５８、６４ 巻線バネ
６６、６８、７０、７２ 肩部 ９４ 中央通路
９６ 胴体部４２の第１端 ９８ 胴体部４２の第２端

Claims (17)

1. 内部の室を有するハウジングと、
   前記室に配置された流体フィルタと、
   前記室と流体連通する流路と、
   前記室と前記流路との間に配置された流体用のバルブであって、バルブシートと、
   前記バルブシートと係合する位置に移動可能な、導入開口と排出開口とその中を通る接続用の中央通路とを有するプランジャとを含むバルブと
   を備え、前記プランジャが前記バルブシートから離れている時、前記導入開口と前記中央通路を通って前記排出開口から出る流体の進行を許可するように前記プランジャが構成されている流体フィルタ装置。
2. 第１端と、第２端と、前記第１端に結合された頭部とを有し、その内部に前記中央通路を、前記第２端に前記排出開口を有するよう形成された円筒形状胴体を、前記プランジャが備えている請求項１に記載のフィルタ装置。
3. 前記円筒形状胴体は前記第１端と前記第２端の間に延伸している中心軸を有し、流体はほぼ軸方向に前記円筒形状胴体を通って進行する請求項２に記載のフィルタ装置。
4. 前記プランジャと係合するよう構成され、前記円筒形状胴体の前記第２端に付勢するよう配置されたバネを更に備えている請求項２に記載のフィルタ装置。
5. 前記バネは、その中に縦方向の中央通路を有するよう構成され、前記バネの前記中央通路をほぼ縦方向に、流体が進行する請求項４に記載のフィルタ装置。
6. 前記バネは、外周部を有する巻線を含み、前記巻線の前記外周部が前記流路と接触する請求項４に記載のフィルタ装置。
7. バルブシートを有するバルブにおいて使用されるプランジャであって、
   第１端と反対側の第２端とを有し、その中に前記第１端から前記第２端まで縦方向に延伸している中央通路が画成されたほぼ円筒形状の胴体と、
   前記バルブシートと密閉係合するよう構成された密閉部と、前記中央通路への開口を有する非密閉部とを有する、前記胴体の前記第１端に結合された頭部と
   を備えているプランジャ。
8. 前記非密閉部は、４つの肩部と、そのそれぞれの間に画成された４つの開口を有する請求項７に記載のプランジャ。
9. 前記４つの開口は、中空の前記円筒形状胴体の少なくとも一部を通って延伸するよう構成されている請求項８に記載のプランジャ。
10. 流体の流れを制御するバルブであって、
    バルブシートと、
    前記バルブシートに対して可動なプランジャであって、頭部と、中央通路をその中に持つ胴体とを有するプランジャと
    を備え、前記頭部が前記バルブシートと接触する時は、流体が前記バルブを通過するのを妨げ、前記頭部が前記バルブシートから離れている時は、流体が前記中央通路を通過するのを許可するバルブ。
11. 前記プランジャは、流体が前記中央通路に流れ込むための開口を有する請求項１０に記載のバルブ。
12. 前記開口は、前記頭部の一部と前記胴体の一部を通って延設されている請求項１１に記載のバルブ。
13. 流体の流れを制御するバルブであって、
    バルブシートと、
    第１の軸に沿って前記バルブシートに対して可動なプランジャと、
    前記第１の軸にほぼ平行な第２の軸を共同して規定する複数の巻線を有する、前記プランジャをほぼ前記バルブシートに向かう方向に付勢するためのバネと
    を備え、流体が前記巻線の間を通過することなく前記バネを通って進行するバルブ。
14. 前記プランジャは、頭部と、それと結合された第１端を有する円筒形状胴体とを備え、前記円筒形状胴体は、前記バネを受けとめるように形成された反対側の第２端を更に有する請求項１３に記載のバルブ。
15. プランジャを有するバルブを通って流体を進行させる方法であって、
    前記プランジャをバルブシートから離すように前記プランジャを移動させるステップと、
    前記プランジャと前記バルブシートとの間に形成された空間を通って流体を進行させるステップと、
    前記プランジャに形成された開口を通って流体を進行させるステップと、
    前記プランジャ内の中央通路を通り、そこから出るよう流体を進行させるステップと
    を備える方法。
16. 前記バルブは、前記バルブシートと接触するよう前記プランジャを付勢する巻線バネを備え、前記移動させるステップは、前記バネを圧縮することを含み、
    前記プランジャ内の中央通路を通り、そこから出るよう流体を進行させる前記ステップは、前記バネの巻線の間を通ることなく、前記バネを通って流体を進行させることを含む請求項１５に記載の方法。
17. 前記移動させるステップは、第１の軸に沿って前記バルブシートに対して前記プランジャを移動させることを含み、流体は前記バネを通って、前記第１の軸にほぼ平行な第２の軸に沿って進行する請求項１６に記載の方法。
    

Images